CN1975329A - 适用于摆动扫描式红外地球敏感器的闭环自动测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于摆动扫描式红外地球敏感器中姿态角逻辑处理模块的闭环自动测试方法，姿态角逻辑处理模块与工控机、电信号源装置、电检测箱相连构成一个闭环信号检测。本发明闭环自动测试方法主要是通过测试输出的参数、以及输出的姿态角信息与工控机产生的随机测试用例，通过比较测试用例和检测信息进行比较，得出测试结论。是一种针对摆动扫描式红外地球敏感器研制和生产各个阶段的闭环测试方法，有利于降低研制成本，缩短研制周期。

Description

适用于摆动扫描式红外地球敏感器的闭环自动测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试方法，更特别地说，是指一种适用于摆动式红外地球敏感器在生产和研制过程中对姿态角逻辑处理模块采用的闭环自动测试方法。

背景技术

摆动扫描式红外地球敏感器是一种卫星姿态确定系统中的主要定姿设备，它通过测量卫星相对地球的姿态来确定飞行姿态。摆动扫描式红外地球敏感器可以直接计算出卫星的滚动角和俯仰角。

摆动扫描式红外地球敏感器(参见图1所示)主要包括有机械摆动扫描系(包括扫描镜)、四个红外探测器组成的复合视场地球探头、同步基准时钟发生电路、摆动扫描驱动电路、红外地球波的处理电路和姿态角逻辑处理模块组成。摆动扫描式红外地球敏感器工作时，随着扫描镜的摆动，四个红外探测器(相当于四束铅笔型射束)沿着相当于南、北纬45°的扫描路径(扫描路径包括空间断和地平段)对地平进行扫描，产生四路地球信号(红外探测器的输出)。四路地球信号经过四路模拟通道(包括前置放大、微分以及穿越处理等)处理，产生四路空/地，地/空穿越信号，然后与内部扫描基准进行相位比较等逻辑处理，测试出俯仰滚动姿态信息(俯仰角θ、滚动角)。

按照摆动扫描式红外地球敏感器研制和生产的过程，可以将摆动扫描式红外地球敏感器的测试分为单板测试及单板老练、姿态角逻辑处理模块测试、机电联试、整机测试及老练、整机环境实验。单板测试及老练无法组成闭环测试系统进行测试及标定；整机环境实验采用传统的闭环测试方法完成。

传统的闭环测试方法是由三轴转台、工控机和摆动扫描式红外地球敏感器组成闭环回路，三轴转台模拟卫星红外扫描地球，将红外扫描信息送入摆动扫描式红外地球敏感器，摆动扫描式红外地球敏感器计算出姿态信息；这种闭环测试方法只能在敏感器安装完毕之后才能够进行测试，不能对摆动扫描红外地球敏感器的姿态角逻辑处理模块和机电联试组成闭环系统，若研制中需要调整参数还得拆卸摆动扫描式红外地球敏感器，这样必将严重影响摆动扫描式红外地球敏感器的测量精度和产品的研制速度。为了在完成摆动扫描式红外地球敏感器之前，能够有效地对其进行参数设定、测试精度进行评价，本发明人提出了一种在未完成摆动扫描式红外地球敏感器时进行的逻辑测试和机电联试的闭环测试具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于摆动扫描式红外地球敏感器的闭环自动测试方法，该闭环自动测试方法主要是针对摆动扫描式红外地球敏感器中的姿态角逻辑处理模块进行闭环测试，是通过测试输出的参数、以及输出的姿态角信息与工控机产生的随机测试用例，通过比较测试用例和检测信息进行比较，得出测试结论。

本发明适用于摆动扫描式红外地球敏感器中姿态角逻辑处理模块采用的闭环自动测试方法，对姿态角逻辑处理模块研制阶段进行的测试，其包括的测试用设备有工控机、电信号源装置和电检测箱，工控机分别与电信号源装置和电检测箱相连构成一个闭环信号检测。在本发明中，闭环测试信号处理步骤为：

A步骤：工控机通过COM1串口，向电信号源装置发送设定的逻辑测试用例；所述测试用例包括有轨道高度h、俯仰角θ、滚动角和扫描方式NS/WS；

B步骤：根据A步骤中电信号源装置接收的所述逻辑测试用例，产生同步的三路模拟器信息输出给电检测箱；所述三路模拟器信息是电地球波信号E_Wave_M、时钟脉冲信号CLK_M和参考信号REF_M；

C步骤：根据B步骤中电检测箱接收的所述三路模拟器信息进行隔离整形后输出三路电测信息给姿态角逻辑处理模块；所述三路电测信息是电测电地球波信号E_Wave_E、电测时钟脉冲信号CLK_E和电测参考信号REF_E；

D步骤：工控机输出遥控命令TC_DATA给电检测箱，经电检测箱进行隔离整形电平转换后输出电测遥控命令TC_DATA_E给姿态角逻辑处理模块；

E步骤：电检测箱向姿态角逻辑处理模块提供线性电源Power；所述线性电源是±15V、+5V；

F步骤：姿态角逻辑处理模块对接收的电测电地球波信号E_Wave_E、电测时钟脉冲信号CLK_E、电测基准信号REF_E和电测遥控命令TC_DATA_E进行姿态信息解析处理，并将姿态角信息打包形成电测遥测数据TM_DATA_E输出给电检测箱；

G步骤：根据F步骤中对电检测箱接收的所述电测遥测数据TC_DATA_E进行隔离整形电平转换后输出遥测数据TM_DATA给工控机；

H步骤：工控机采用连续采集方式接收所述遥测数据TM_DATA，并对接收的所述遥测数据TM_DATA进行N多次(50～100次)实测求取俯仰角、滚动角平均值处理，获得俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值 ；以及对接收的所述遥测数据TM_DATA进行3倍标准方差计算，获得俯仰角标准方差3σ_θ、滚动角标准方差3σ_；然后将俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值 与设定的逻辑测试用例进行差值比较，获得姿态角逻辑处理模块的绝对误差ε。在本发明中，所述绝对误差ε、俯仰角标准方差3σ_θ和滚动角标准方差3σ_形成测试信息包。

摆动扫描式红外地球敏感器的研制人员可以根据H步骤中获得的测试信息包对姿态角逻辑处理模块进行参数调整，从而形成闭环自动测试。

本发明闭环自动测试方法的优点在于：(1)是一种针对摆动扫描式红外地球敏感器研制和生产各个阶段的闭环测试方法，有利于降低研制成本，缩短研制周期；(2)采用阶段性对器件进行闭环测试，减小了成品的故障率，提高了产品的精度；(3)在上位机(工控机)中设计有针对性的软件控制，有利于实时对数据自动采集和处理；(4)通过测试用例自动生成，模拟了实际工作状态下姿态角逻辑处理模块所需处理的各种姿态信息；(5)测试过程自动完成、测试结果自动分析，并生成可视化的检测信息包供外部使用，为摆动扫描式红外地球敏感器研制提供了方便。

附图说明

图1是本发明摆动扫描式红外地球敏感器结构图。

图2是本发明姿态角逻辑处理模块闭环测试系统组成框图。

图3是本发明测试数据处理模块的测试流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

在本发明中，请参见图2所示，为了对摆动扫描式红外地球敏感器中姿态角逻辑处理模块采用闭环测试，姿态角逻辑处理模块与工控机(作为上位机，实现对发送指令、接收数据信息进行处理)、电信号源装置(根据测试用例产生信号，相应的结构参见申请号200610165373.X)、电检测箱(提供供电电源、以及对输入/输出信号进行隔离，相应的结构参见申请号200610165439.5)相连构成一个闭环信号检测。

在本发明中，工控机(研华工控机，IPC-610)内安装有基于FPGA的测试数据通信接口(用于实现工控机对遥控、遥测数据的收发)、以及测试数据处理模块(用于完成数据采集及测试模式选取处理)。

请参见图3所示，测试数据处理模块是在工控机开机后，自动开启运行，在测试数据处理模块系统初始化下，进入测试缓冲、等待；由操作者输入指令参数后是否进行测试模式选择，若对通路测试，则选择信号源通讯测试模式；若对姿态角逻辑处理模块测试，则选择功能测试模式；在信号源通讯测试模式下直接对测试结果输出至显示屏；在功能测试模式下设置卫星轨道高度h，然后对摆动扫描式红外地球敏感器的窄扫/宽扫电轴测试、宽扫转移特性测试和单点性能测试进行选择，并根据测试条件组合(卫星轨道高度h+窄扫/宽扫电轴测试、卫星轨道高度h+宽扫转移特性测试、卫星轨道高度h+单点性能测试)自动生成逻辑测试用例，并经COM1串口输出至电信号源装置；下发遥控命令，等待接收遥测数据，并将接收的遥测数据进行保存；然后对测试次数进行判断，是否完成设置采集N次数，“是”则结束采集，发出检测信息包；“否”则继续采集。在本发明中，对摆动扫描式红外地球敏感器姿态角逻辑处理模块的测试按照其测试功能可分为：窄扫/宽扫电轴测试、宽扫转移特性测试、单点性能测试。

在本发明中，电信号源装置由CPU、模拟输出模块、信号源发生模块、供电电源和液晶显示器(LCD)组成；工控机与CPU通过RS232串口进行通讯；示波器与信号源发生模块通过DB-15接口相连，用于显示信号源发生模块输出的波形；电性能检测箱与信号源发生模块通过IDC-16接口通讯，电性能检测箱与红外地球敏感器通过电联接；CPU与模拟输出模块与信号源发生模块通过标准工业STD总线相连，实现数据通讯；液晶显示器(LCD)与CPU采用VGA接口相连，用于实现信号源的实时显示、以及计数数据的显示、和工控机配置的参数显示。此种信号源装置的优点在于：(1)CPU采用STC Client DX型号，在中断响应中输出信号源信号，能够满足信号源发生的实时性要求；(2)信号源发生模块采用可编程定时计数器产生频率可变的时钟信号，信号发生控制简单且信号源时序准确；采用可编程定时计数器进行脉冲计数，计数控制方便且精度高，计数误差保证在正负一个脉冲之内；(3)模拟输出模块采用四路模拟信号同步输出的12位D/A芯片DAC7625，转换精度可达0.1％；采用DC-DC、信号光电隔离模块，实现D/A转换电路的供电电源和信号隔离，可靠性好，抗干扰性能强；(4)经工控机对信号的精度采集显示，得到宽扫测试精度为12°±2％，窄扫测试精度为5°±1％，提高了摆动扫描式红外地球敏感器的测试精度；(5)本发明信号源发生装置的设计考虑了地球曲率变化、大气辐射变化、日月干扰、红外地球敏感器自身扫描频率变化等干扰因素，能够真实地模拟摆动扫描式红外地球敏感器的工作环境，准确完成对摆动扫描式红外地球敏感器整机的测试；该信号源装置可以提供研制过程中的摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前各个模块测试所需要的测试信号，实现对摆动扫描式红外地球敏感器整机安装之前各个模块的测试，大大缩短了摆动扫描式红外地球敏感器的研制周期。

在本发明中，电检测箱包括有设置在壳体上的多个接口、以及安装在壳体内的电路板；电检测箱的壳体上设置有220V交流电源接口、直流电源接口、敏感器电源开关、电检测箱总开关、测试接口、敏感器供电电流显示单元、敏感器信号接口、敏感器电源接口、电信号源装置接口以及工控机接口。摆动扫描式红外地球敏感器通过敏感器信号接口和敏感器电源接口与其相连，电信号源装置通过电信号源装置接口与其相连，工控机通过工控机接口与其相连。所述电路板由电平信号处理单元、信号源信号处理单元、敏感器电源供电及保护电路和电检测箱电源模块组成；所述测试接口的设计可以根据摆动扫描式红外地球敏感器研制过程中测试的需要，设置如模拟地球波信号测试端、地球波微分信号测试端，其信息可以通过示波器与其连接得到；摆动扫描式红外地球敏感器内部检测电压输出测试端，其信息可以通过万用表与其连接得到；摆动扫描式红外地球敏感器供电电流的信息显示可以由数字电流表显示。此种电检测箱的优点在于：(1)通过在壳体上设计电缆接口与外部器件的连接，解决了连线的复杂性，方便了与外部器件的连接；(2)采用电检测箱为摆动扫描式红外地球敏感器提供供电电源的方式，解决了电源与电检测箱之间的电磁兼容性；(3)针对于摆动扫描式红外地球敏感器测试的需求设计了独立为其电源供电的电源供电电路和保护电路，有效地解决了摆动扫描式红外地球敏感器正常测试状态下电源供电对其的保护，以及在老练时对电源的要求；(4)能够对摆动扫描式红外地球敏感器内部的检测信号进行隔离驱动处理后，供外部测试设备(示波器或万用表)检测用；(5)对输入/输出的模拟信号采用高精度线性光耦隔离处理，对输入/输出的数字信号采用高速数字光耦隔离处理，有效地保证了信号传输质量。

请参见图2所示，本发明是一种适用于摆动扫描式红外地球敏感器的闭环自动测试方法，闭环测试的步骤有：

A步骤：工控机通过COM1串口，向电信号源装置发送设定的逻辑测试用例；所述测试用例包括有轨道高度h、俯仰角θ、滚动角和扫描方式NS/WS；

B步骤：根据A步骤中电信号源装置接收的所述逻辑测试用例，产生同步的三路模拟器信息输出给电检测箱；所述三路模拟器信息是电地球波信号E_Wave_M、时钟脉冲信号CLK_M和参考信号REF_M；

C步骤：根据B步骤中电检测箱接收的所述三路模拟器信息进行隔离整形后输出三路电测信息给姿态角逻辑处理模块；所述三路电测信息是电测电地球波信号E_Wave_E、电测时钟脉冲信号CLK_E和电测参考信号REF_E；

D步骤：工控机输出遥控命令TC_DATA给电检测箱，经电检测箱进行隔离整形电平转换后输出电测遥控命令TC_DATA_E给姿态角逻辑处理模块；

E步骤：电检测箱向姿态角逻辑处理模块提供线性电源Power；所述线性电源是±15V、+5V；

F步骤：姿态角逻辑处理模块对接收的电测电地球波信号E_Wave_E、电测时钟脉冲信号CLK_E、电测基准信号REF_E和电测遥控命令TC_DATA_E进行姿态信息解析处理，并将姿态角信息打包形成电测遥测数据TM_DATA_E输出给电检测箱；

G步骤：根据F步骤中对电检测箱接收的所述电测遥测数据TC_DATA_E进行隔离整形电平转换后输出遥测数据TM_DATA给工控机；

H步骤：工控机采用连续采集方式接收所述遥测数据TM_DATA，并对接收的所述遥测数据TM_DATA进行N多次(50～100次)实测求取俯仰角、滚动角平均值处理，获得俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值 ；以及对接收的所述遥测数据TM_DATA进行3倍标准方差计算，获得俯仰角标准方差3σ_θ、滚动角标准方差3σ_；然后将俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值 与设定的逻辑测试用例进行差值比较，获得姿态角逻辑处理模块的绝对误差ε。在本发明中，所述绝对误差ε、俯仰角标准方差3σ_θ和滚动角标准方差3σ_形成测试信息包。

摆动扫描式红外地球敏感器的研制人员可以根据H步骤中获得的测试信息包对姿态角逻辑处理模块进行参数调整，从而形成闭环自动测试。

本发明闭环自动测试方法是用于摆动式红外地球敏感器研制和生产中各阶段的闭环测试用的。

本发明中，通过采用传统的数理统计方式对工控机连续采集的俯仰角θ、滚动角进行数据解析处理，对与一个测试点采集N次(50～100次)数据，测试数据处理每次采集的俯仰、滚动数据均按下列公式计算其俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值、俯仰角标准方差3σ_θ和滚动角标准方差3σ_。

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}=\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_i/N---\left(1\right)$

$3{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=3\sqrt{\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}})}^2/(N-1)}---\left(3\right)$

式中 θ表示俯仰角平均值，3σ_θ表示俯仰角标准方差， 表示滚动角平均值，3σ_表示滚动角标准方差，i表示测试点，N表示采集次数。

Claims (5)

1、一种适用于摆动扫描式红外地球敏感器的闭环自动测试方法，是对摆动扫描式红外地球敏感器中的姿态角逻辑处理模块采用闭环测试，其特征在于：所述姿态角逻辑处理模块与工控机、电信号源装置、电检测箱相连构成一个闭环信号检测。

2、根据权利要求1所述的闭环自动测试方法，其特征在于：是用于摆动式红外地球敏感器研制和生产中各阶段的闭环测试用的。

3、根据权利要求1所述的闭环自动测试方法，其特征在于闭环测试的步骤有：

A步骤：工控机通过COM1串口，向电信号源装置发送设定的逻辑测试用例；

所述测试用例包括有轨道高度h、俯仰角θ、滚动角和扫描方式NS/WS；

B步骤：根据A步骤中电信号源装置接收的所述逻辑测试用例，产生同步的三路模拟器信息输出给电检测箱；

所述三路模拟器信息是电地球波信号E_Wave_M、时钟脉冲信号CLK_M和参考信号REF_M；

C步骤：根据B步骤中电检测箱接收的所述三路模拟器信息进行隔离整形后输出三路电测信息给姿态角逻辑处理模块；

所述三路电测信息是电测电地球波信号E_Wave_E、电测时钟脉冲信号CLK_E和电测参考信号REF_E；

D步骤：工控机输出遥控命令TC_DATA给电检测箱，经电检测箱进行隔离整形电平转换后输出电测遥控命令TC_DATA_E给姿态角逻辑处理模块；

E步骤：电检测箱向姿态角逻辑处理模块提供线性电源Power；

所述线性电源是±15V、+5V；

F步骤：姿态角逻辑处理模块对接收的电测电地球波信号E_Wave_E、电测时钟脉冲信号CLK_E、电测基准信号REF_E和电测遥控命令TC_DATA_E进行姿态信息解析处理，并将姿态角信息打包形成电测遥测数据TM_DATA_E输出给电检测箱；

G步骤：根据F步骤中对电检测箱接收的所述电测遥测数据TC_DATA_E进行隔离整形电平转换后输出遥测数据TM_DATA给工控机；

H步骤：工控机采用连续采集方式接收所述遥测数据TM_DATA，并对接收的所述遥测数据TM_DATA进行N次实测求取俯仰角、滚动角平均值处理，获得俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值 ；以及对接收的所述遥测数据TM_DATA进行3倍标准方差计算，获得俯仰角标准方差3σ_θ、滚动角标准方差3σ_；然后将俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值 与设定的逻辑测试用例进行差值比较，获得姿态角逻辑处理模块的绝对误差ε。

4、根据权利要求3所述的闭环自动测试方法，其特征在于：工控机连续采集的俯仰角θ、滚动角进行数据解析处理，对与一个测试点采集N次数据，测试数据处理每次采集的俯仰、滚动数据均按下列公式计算其俯仰角实测均值 θ、滚动角实测均值 、俯仰角标准方差3σ_θ和滚动角标准方差3σ_；

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}=\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_i/N---\left(1\right)$

$3{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=3\sqrt{\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\θ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}})}^2/(N-1)}---\left(3\right)$

式中 θ表示俯仰角平均值，

    3σ_θ表示俯仰角标准方差，

    表示滚动角平均值，

    3σ_表示滚动角标准方差，

    i表示测试点，

    N表示采集次数。

5、根据权利要求3所述的闭环自动测试方法，其特征在于：所述绝对误差ε、俯仰角标准方差3σ_θ和滚动角标准方差3σ_形成测试信息包。

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